CN101663763B - 太阳能电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能电池模块，具备：太阳能电池面板(1)，构成为具备形成为板状并配置在同一平面上的多个太阳能电池单元(2)、以覆盖上述配置在同一面上的多个太阳能电池单元(2)的形式形成为板状的单元保护部件、和粘接在该单元保护部件的表面上的表面保护部件；外框架(7)，保持上述太阳能电池面板(1)的外周部；以及梁(6、6)，两端与上述外框架(7)的对置的两个位置分别结合而支撑上述太阳能电池面板(1)的背面侧的中央部，在上述梁(6、6)上赋予有初始张力。

Description

太阳能电池模块

技术领域

本发明涉及太阳能电池模块，特别涉及太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的支撑结构。 

背景技术

在以往的太阳能电池模块中，形成为板状并配置在同一平面上的多个太阳能电池单元例如被EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)那样的具有柔软性的树脂制的单元保护部件覆盖，在单元保护部件的表面粘接有强化玻璃等表面保护部件，而确保作为建筑部件的结构强度。 

作为与上述以往的太阳能电池模块相比，进一步提高了强度的太阳能电池模块，有将太阳能电池面板、配置在其背面的隔热件、以及配置在其背面的金属板隔着粘接层层叠并一体化的太阳能电池模块(例如参照专利文献1)。 

专利文献1：日本特开平09-119202号公报(第4页、图1) 

但是，在上述任一以往的太阳能电池模块中，都存在如下问题：设置在房子的屋顶上等室外后的太阳能电池模块的发电效率与设置前的发电效率相比降低。 

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种不会降低设置在室外后的发电效率的高可靠性的太阳能电池模块。 

为了解决上述课题，并达成目的，本发明提供一种太阳能电池模块，其特征在于，具备：太阳能电池面板，构成为具备形成为板状并配置在同一平面上的多个太阳能电池单元、以覆盖上述配置在同一面上的多个太阳能电池单元的形式形成为板状的单元保护部件、和粘接 在该单元保护部件的表面上的表面保护部件；外框架，保持上述太阳能电池面板的外周部；以及梁，两端与上述外框架的对置的两个位置分别结合而支撑上述太阳能电池面板的背面侧的中央部，其中，在上述梁上赋予有初始张力。 

另外，本发明提供一种太阳能电池模块，其特征在于，具备：太阳能电池面板，构成为具备形成为板状并配置在同一平面上的多个太阳能电池单元、以覆盖上述配置在同一面上的多个太阳能电池单元的形式形成为板状的单元保护部件、粘接在该单元保护部件的表面上的表面保护部件、和粘结在上述单元保护部件的背面的背面板；以及外框架，保持上述太阳能电池面板的外周部，将上述表面保护部件的弹性率设为E₁、将厚度设为t₁、将上述背面板的弹性率设为E₂、将上述单元保护部件的厚度设为t₃，将上述背面板的厚度t₂设为根据式(1)计算的厚度t_A以上且根据式(2)计算的厚度t_B以下， 

式(1) 

$t_A=\sqrt{\frac{E_1}{E_2}{t_1}^2+{t_3}^2}-t_3---\left(1\right)$

式(2) 

$t_B=\sqrt{\frac{E_1}{E_2}{t}_1(t_1+2t_3)}---\left(2\right)$

根据本发明，起到得到即使在设置于室外之后发电效率也不会降低的高可靠性的太阳能电池模块这样的效果。 

附图说明

图1是示出本发明的太阳能电池模块的实施方式1的纵剖面图。 

图2是实施方式1的太阳能电池模块的底视图。 

图3是实施方式1的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的俯视图。 

图4是示出实施方式1的太阳能电池模块的外框架与梁的结合部的部分底视图。 

图5是示出实施方式1的太阳能电池模块的支撑台的斜视图。 

图6是实施方式1的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的部分纵剖面图。 

图7是示出本发明的太阳能电池模块的实施方式2以及3的纵剖面图。 

图8是实施方式2的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的部分纵剖面图。 

图9是示出以往的太阳能电池面板中发生的形变的状态的图。 

图10是本发明的实施方式3的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的部分纵剖面图。 

(标号说明) 

1、21、31太阳能电池面板 

2太阳能电池单元 

3表面保护部件 

4单元保护部件 

5、25、35太阳能电池模块 

6梁 

6a螺钉 

6b端面 

7外框架 

7a角部 

7b斜件 

7c内侧端面 

7e槽 

8支撑台 

8a支撑块 

8b交叉槽 

8c支撑板 

9初始间隙 

10螺母 

12太阳能电池面板的中央部 

14背面板(夹层面板) 

15变形的发生分布 

16中立轴 

18外皮板 

19芯件 

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的太阳能电池模块的实施方式进行详细说明。另外，本发明不限于该实施方式。 

实施方式1 

图1是示出本发明的太阳能电池模块的实施方式1的纵剖面图，图2是实施方式1的太阳能电池模块的底视图，图3是实施方式1的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的俯视图，图4是示出实施方式1的太阳能电池模块的外框架与梁的结合部的部分底视图，图5是示出实施方式1的太阳能电池模块的支撑台的斜视图，图6是实施方式1的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的部分纵剖面图。 

如图1～图5所示，实施方式1的太阳能电池模块5具备：在同一面上隔开间隔配置了多个(在实施方式1中12个)矩形板状的太阳能电池单元2的矩形板状的太阳能电池面板1；将太阳能电池面板1的外周部***到槽7e中而保持的铝合金制的矩形框状的外框架7；以及配置在太阳能电池面板1的背面侧的外框架7的两个对角线上，与外框架7的角部7a的斜件7b连结的两个高张力钢制的梁6、6。 

两个梁6、6在外框架7以及太阳能电池面板1的中央部12交叉。在梁6、6的交叉部中，设置有铝合金制的支撑台8，通过支撑台8的矩形的支撑板8c，支撑太阳能电池面板1的背面侧的中央部12。 

如图6所示，太阳能电池单元2(在图6中仅图示出一个，但在同一面上隔开间隔配置了12个太阳能电池单元2)例如被EVA(乙 烯-醋酸乙烯共聚物)那样的具有柔软性的树脂制的单元保护部件4覆盖。在以覆盖12个太阳能电池单元2的形式形成为板状的单元保护部件4的表面，粘接了表面保护部件3。 

表面保护部件3是厚度2～4mm的强化玻璃。太阳能电池单元2是由厚度0.1～0.4mm的晶体硅制作的。另外，单元保护部件4包括太阳能电池单元2而成为0.3～1mm的厚度。 

在以往的太阳能电池模块中，由于输送时施加弯曲负荷、在向房子的屋顶设置的设置工程时人站在太阳能电池面板上而施加弯曲负荷、以及在设置后受到强风引起的面压等，而对太阳能电池面板施加较大的外力(弯曲负荷)，从而太阳能电池面板变形，而有时在内部密封的太阳能电池单元2中发生裂纹。另外，在太阳能电池面板受到了上述那样的超过容许值的外力的情况下，太阳能电池单元2中发生的裂纹成为原因，而发电效率降低。 

在实施方式1的太阳能电池模块5中，为了防止太阳能电池面板1变形而发生裂纹，通过梁6、6以及支撑台8来支撑太阳能电池面板1的背面侧的中央部。 

配置在保持太阳能电池面板1的外周部的外框架7的两个对角线上，且两端与外框架7的对置的两个位置的角部7a、7a的斜件7b、7b分别结合的两个梁6、6在外框架7的中央部12交叉。通过设置在交叉部中的铝合金制的支撑台8的矩形的支撑板8c，支撑太阳能电池面板1的背面侧的中央部。 

即使对太阳能电池面板1施加了弯曲负荷，由于通过梁6、6支撑太阳能电池面板1的背面侧的中央部，所以太阳能电池面板1的弯曲变形也被抑制。即使对太阳能电池模块5施加了输送时的负荷、设置时的负荷、以及设置后的风引起的负荷，也几乎不会在太阳能电池单元2中产生裂纹。 

因此，可以防止太阳能电池模块5设置后的发电效率降低，可以提高可靠性。另外，由于梁6、6是棒状的，所以不覆盖太阳能电池面板1的背面而提高太阳能电池面板1的刚性，维持从太阳能电池面 板1的背面的散热性。因此，不会产生太阳能电池单元2的温度上升，而发电效率降低的现象。 

如图4所示，在棒状的梁6的两端部，形成有螺钉6a。在外框架7的角部7a，固定有斜件7b。螺钉6a***通在斜件7b的孔中，梁6的两端通过拧进了螺钉6a的螺母10、10与外框架7的对置的两个位置的角部7a、7a分别结合。 

在梁6的未形成螺钉6a的部分的端面6b与斜件7b的内侧端面7c之间，设置有初始间隙9。通过拧紧螺母10、10，可以对梁6赋予初始张力T。如果对梁6赋予了初始张力T，则在太阳能电池面板1弯曲变形时，除了针对通常的梁的弯曲的复原力之外，还有将梁6的长度设为L、将弯曲变形变位设为x时通过F＝2Tx/L的式表示的复原力F起作用。 

赋予了初始张力T的梁6与未赋予初始张力T的梁6相比，复原力变大，可以提高梁6、6针对太阳能电池面板1的弯曲变形的刚性。另外，与不赋予初始张力的情况相比，还可以使梁6、6更小型化，还可以减轻梁6、6的质量。 

另外，还可以对梁6进行二分割并用松紧螺纹扣(turnbuckle)连接，而通过松紧螺纹扣对梁6赋予初始张力T。梁6不仅与保持太阳能电池面板1的外框架7连结，而且还可以用作将外框架7安装在设置场所的框结构物(未图示)。 

如图5所示，设置在梁6、6的交叉部的支撑台8包括：设置有与交叉的梁6、6嵌合的交叉槽8b的支撑块8a；以及固定在支撑块8a的太阳能电池面板1侧的面上，以其外周部位于配置于中央部的两个太阳能电池单元2、2的外周部的形式形成的支撑板8c。 

在如上所述形成了支撑板8c时，如图2以及图5所示，在支撑板8c的外周部发生的集中荷重不会作用于太阳能电池单元2，而作用于太阳能电池单元2、2间的间隙，所以可以防止太阳能电池单元2的破裂。在实施方式1中，使支撑板8c的外周部位于两个太阳能电池单元2、2的外周部，但只要使支撑板8c的外周部位于太阳能电池单元2、2间的间隙即可，支撑板8c的大小既可以是太阳能电池单元2的一个的大小，也可以是多个的大小。

另外，在实施方式1中，将表面保护部件3设为强化玻璃，但表面保护部件3只要是使光通过的部件即可，也可以设为透明树脂。另外，在太阳能电池面板1的对角线上配置了两个梁6，但不限于此，以横跨太阳能电池面板1的中央部的形式配置即可。 

实施方式2 

图7是示出本发明的太阳能电池模块的实施方式2以及3的纵剖面图，图8是实施方式2的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的部分纵剖面图。 

如图7以及图8所示，实施方式2的太阳能电池模块25具备：配置有多个太阳能电池单元2的矩形板状的太阳能电池面板21；以及使太阳能电池面板21的外周部***到槽7e中而保持的铝合金制的矩形框状的外框架7。 

另外，如图8所示，在太阳能电池面板21中，太阳能电池单元2(在图8中仅图示出一个，但在同一面上隔开间隔配置了多个太阳能电池单元2)被像EVA那样的具有柔软性的树脂制的单元保护部件4覆盖，在板状的单元保护部件4的表面，粘接了板状强化玻璃制的表面保护部件3。进而，在太阳能电池面板21的单元保护部件4的背面，粘接了背面板14。 

在以往的太阳能电池模块中，太阳能电池单元单体的破坏曲率远大于作为表面保护部件的强化玻璃，且太阳能电池单元与表面保护部件粘接，所以不产生直到破坏曲率的变形。尽管如此，在受到了输送时的负荷、设置时的负荷或风的负荷时，在太阳能电池单元中发生裂纹的理由如下所述。 

图9是示出在以往的太阳能电池面板受到输送时的负荷、设置时的负荷或风的负荷而弯曲变形时在太阳能电池面板中发生的形变的状态的图。图9中的虚线15表示从太阳能电池面板的中立轴16到表层的压缩形变以及拉伸形变的大小的分布。 

如图9所示，如果以往的太阳能电池面板由于输送时、设置时或设置后的风而从图9的上方向下方受到较大的面压，则向下方弯曲。太阳能电池面板是粘接了表面保护部件3和单元保护部件4的面板，但在粘接层4a中不易发生滑动，所以与一体的部件同样地弯曲变形。 

对于太阳能电池面板的形变，在将中立轴16的形变设为0时，随着从中立轴16向上方或下方远离，而线性增加。在中立轴16的上方，如图9的虚线箭头所示，发生压缩形变，在下方如实线箭头所示，发生拉伸形变。 

在以往的太阳能电池面板中，由于对厚度2～4mm的强化玻璃制的表面保护部件3接合了厚度0.1～0.4mm的晶体硅制的太阳能电池单元2，所以在从中立轴16向下方离开而配置的太阳能电池单元2中，发生较大的拉伸形变。其结果，尽管未达到太阳能电池单元2单体的破坏曲率，也在太阳能电池单元2中发生裂纹。 

如图8所示，实施方式2的太阳能电池面板21在单元保护部件4的背面粘接具有规定厚度的背面板14而使太阳能电池单元2靠近中立轴，减小太阳能电池单元2中发生的拉伸形变，抑制发生裂纹。 

因此，即使太阳能电池模块25由于输送、设置以及设置后的风压而受到负荷，也可以降低太阳能电池单元2发生裂纹，可以防止太阳能电池模块25设置后的发电效率降低。 

特别是在使中立轴16(在图8中未图示)位于单元保护部件4的厚度的范围内时，太阳能电池单元2中发生的形变变小，所以即使对太阳能电池面板21施加了较大的弯曲荷重，也可以防止由于太阳能电池单元2的裂纹而引起的破损。 

为了使中立轴16位于单元保护部件4的厚度的范围内，可以将表面保护部件3的弹性率设为E₁、将板厚设为t₁、将背面板14的弹性率设为E₂、将板厚设为t₂、将太阳能电池单元2的周围的单元保护部件4的厚度设为t₃，使用根据从表示组合梁的中立轴的位置的式(機械科学のための材料力学、養賢堂発行、2001年、179頁)导出的式(1)计算的厚度t_A与根据式(2)计算的厚度t_B，将背面板 14的厚度t₂设为t_A以上且t_B以下(t_A≤t₂≤t_B)。 

式(1) 

$t_A=\sqrt{\frac{E_1}{E_2}{t_1}^2+{t_3}^2}-t_3---\left(1\right)$

式(2) 

$t_B=\sqrt{\frac{E_1}{E_2}{t}_1(t_1+2t_3)}---\left(2\right)$

如上所述，实施方式2的太阳能电池模块25在太阳能电池面板21的单元保护部件4的背面粘接有背面板14，背面板14的厚度t₂是根据基于表面保护部件3的弹性率E₁、厚度t₁、背面板14的弹性率E₂、单元保护部件4的厚度t₃的式(1)计算的厚度t_A以上、且是根据式(2)计算出的厚度t_B以下，所以大幅降低太阳能电池单元2的裂纹的发生，可以防止太阳能电池模块25设置后的发电效率降低，可以提高可靠性。 

另外，由于容许直到太阳能电池单元2单体的破坏曲率的弯曲变形，且与不具备背面板14的情况相比可以降低表面保护部件3的刚性，所以可以减小表面保护部件3的厚度，可以降低太阳能电池面板21的质量。 

另外，如果作为背面板14，例如使用钢那样的热传导率高的金属，则从太阳能电池面板21的背面的散热量变多，可以抑制太阳能电池单元2的温度上升，可以提高太阳能电池模块25的发电效率。 

实施方式3 

图10是本发明的实施方式3的太阳能电池模块中具备的太阳能电池面板的部分纵剖面图。 

如图10所示，在实施方式3的太阳能电池面板31中，太阳能电池单元2被具有柔软性的单元保护部件4覆盖，在表面上粘接有表面保护部件3，在背面上作为背面板14粘接有用外皮板18夹着板状的芯件19的两面的夹层面板(sandwich-structured panel)14。另外，实施方式3的太阳能电池模块35的结构与图7所示的太阳能电池模 块25相同。 

以蜂窝板(honeycomb panel)为代表的夹层面板14具有非常大的弯曲刚性，并作为背面板14粘接在太阳能电池面板31的背面上，从而可以防止由于太阳能电池单元2的弯曲变形而引起的破损。 

特别是在中立轴16(在图10中未图示)位于单元保护部件4的厚度的范围内时，太阳能电池单元2中发生的拉伸形变变小，针对太阳能电池面板31的较大的弯曲变形，也可以防止太阳能电池单元2的破损，可以提高太阳能电池模块35(参照图7)的可靠性。 

在使用夹层面板14的情况下，为了使中立轴16位于单元保护部件4的厚度的范围内，由于夹层面板14是复合材料，所以无法原样地使用假设了单一材料的式(1)以及式(2)。 

在图10所示的使用了三层的夹层面板14的情况下，为了使中立轴16位于单元保护部件4的厚度的范围内，将外皮板18的厚度设为t_2a、将弹性率设为E_2a、将芯件19的厚度设为t_2b，将夹层面板14的厚度t₂设为根据式(3)计算的值，将弹性率E₂设为根据式(4)计算的值，将通过式(3)计算的夹层面板14的厚度t₂设为根据式(1)计算的厚度t_A以上且根据式(2)计算的厚度t_B以下(t_A≤t₂≤t_B)即可。 

式(3) 

t₂＝2t_2a+t_2b    (3) 

式(4) 

$E_2=E_{2a}\frac{2t_{2a}}{2t_{2a}+t_{2b}}---\left(4\right)$

如上所述，在实施方式3的太阳能电池模块35中，作为粘接在单元保护部件4的背面上的背面板14，使用用外皮板18夹着芯件19的两面的夹层面板，通过式(3)计算出夹层面板14的厚度t₂，通过式(4)计算出弹性率E₂，将夹层面板14的厚度t₂设为根据式(1)计算的厚度t_A以上且根据式(2)计算的厚度t_B以下，所以大幅降低太阳能电池单元2的裂纹的发生，可以防止太阳能电池模块35设置后的发电效率降低，可以提高可靠性。 

另外，在实施方式3中，由于将夹层面板用作背面板14，所以还可以降低太阳能电池模块35的质量。进而，如果将铝等金属蜂窝用作芯件19，则与使用隔热件的情况相比，热传导性良好，可以抑制太阳能电池单元2的温度上升，可以提高太阳能电池模块35的发电效率。 

另外，如果将铝等金属用作外皮板18，则热传导性良好，可以抑制太阳能电池单元2的温度上升，可以提高太阳能电池模块35的发电效率。另外，也可以将FRP(Fiber Reinforced Plastics，纤维增强塑料)用作外皮板18。与使用铝等金属的情况相比，可以减轻太阳能电池面板31的质量。 

产业上的可利用性 

如上所述，本发明的太阳能电池模块作为针对输送时、设置时以及强风时的负荷的耐性强的太阳能电池模块是有用的。 

Claims (1)

1.一种太阳能电池模块，其特征在于，具备：

太阳能电池面板，构成为具备形成为板状并配置在同一平面上的多个太阳能电池单元、以覆盖上述配置在同一面上的多个太阳能电池单元的形式形成为板状的单元保护部件、和粘接在该单元保护部件的表面上的表面保护部件；

外框架，保持上述太阳能电池面板的外周部；以及

梁，其两端与上述外框架的对置的两个位置分别结合而支撑上述太阳能电池面板的背面侧的中央部，

其中，上述梁具有弯曲刚性，赋予有初始张力，

还具备支撑台，该支撑台设置在上述梁上而支撑上述太阳能电池面板的背面侧的中央部，且该支撑台具有：设置有与上述梁嵌合的槽的支撑块；以及固定在该支撑块的太阳能电池面板侧的面上，以使外周端部位于上述多个太阳能电池单元间的间隙的形式形成的支撑板。

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